第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性4.1普朗克黑體輻射理論目錄CONTENTS1

學(xué)習(xí)目標(biāo)2

新課導(dǎo)入3

新課講解4

課堂小結(jié)5

典例分析當(dāng)堂小練61.了解黑體及黑體輻射的概念。2.了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。3.知道能量子概念,能說(shuō)出普朗克提出的能量子假說(shuō)內(nèi)容。4.了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)一座建設(shè)中的樓房還沒安裝窗子，盡管室內(nèi)已經(jīng)粉刷，如果從遠(yuǎn)處看窗內(nèi)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么？為什么？向遠(yuǎn)處觀察打開的窗子近似黑色。新課導(dǎo)入一、黑體與黑體輻射不透明材料制成的帶小孔的空腔空腔上的小孔物體表面能夠吸收和反射外界射來(lái)的電磁波。如果一個(gè)物體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁波都完全吸收，而不反射，則稱這種物體為黑體。新課講解研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。加熱空腔使其溫度升高，從小孔向外的輻射就是黑體輻射?？涨黄叫泄夤苋忡R二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律輻射強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長(zhǎng)的總輻射能，稱為輻射強(qiáng)度。特點(diǎn)：隨溫度的升高①各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都在增加；②絕對(duì)黑體的溫度升高時(shí)，輻射強(qiáng)度的最大值向短波方向移動(dòng)。一般物體與黑體的比較項(xiàng)目熱輻射特點(diǎn)吸收、反射特點(diǎn)一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關(guān),與材料的種類及表面狀況有關(guān)既吸收又反射,其能力與材料的種類及入射波長(zhǎng)等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射電磁波,不反射現(xiàn)實(shí)生活中不存在理想的黑體,實(shí)際的物體都能輻射紅外線(電磁波),也都能吸收和反射紅外線(電磁波),絕對(duì)黑體不存在,是理想化的模型。經(jīng)典物理學(xué)所遇到的困難

解釋實(shí)驗(yàn)曲線——一朵令人不安的烏云（1）維恩的半經(jīng)驗(yàn)公式：短波符合，長(zhǎng)波不符合。（2）瑞利—金斯公式：長(zhǎng)波符合，短波荒唐。——紫外災(zāi)難19世紀(jì)末，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說(shuō)，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規(guī)律---能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績(jī)和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。1900年，在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上，物理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言:“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！钡_爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，……”這兩朵烏云是指什么呢？黑體輻射實(shí)驗(yàn)邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)普朗克量子力學(xué)的誕生相對(duì)論問世量子力學(xué)相對(duì)論微觀領(lǐng)域高速領(lǐng)域經(jīng)典力學(xué)三、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)普朗克能量子假設(shè)1.輻射物體中包含大量振動(dòng)著的帶電微粒，它們的能量是某一最小能量的整數(shù)倍：E＝nε，n＝1，2，…；2.ε叫能量子，簡(jiǎn)稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)——能量量子化；3.黑體中振動(dòng)的分子、原子可看作諧振子（振動(dòng)的微粒），諧振子只能一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量；4.對(duì)于頻率為ν的諧振子（其輻射的電磁波頻率也為ν），最小能量為：ε＝hν。h＝6.626×10－34J·s——普朗克常量能量經(jīng)典量子普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射黑體輻射公式1900年10月19日，普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)黑體輻射公式。Planck拋棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點(diǎn)，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進(jìn)行的新觀點(diǎn)。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學(xué)研究新局面，標(biāo)志著人類對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)已經(jīng)從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。死后他的墓碑上只刻著他的姓名和h＝6.626×10－34J·s。年輕的愛因斯坦認(rèn)識(shí)到了普朗克能量子假設(shè)的意義，他把能量子假設(shè)進(jìn)行了推廣，認(rèn)為電磁場(chǎng)本身就是不連續(xù)的。也就是說(shuō)，光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為v的光的能量子為hv，h為普朗克常量。這些能量子后來(lái)被叫作光子(photon)。能量量子化——物理學(xué)的新紀(jì)元跨出了真正說(shuō)明物質(zhì)世界量子性的第一步牛頓以來(lái)物理學(xué)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一普朗克黑體輻射理論黑體輻射能量子黑體黑體輻射的特點(diǎn)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律定義能量量子化的意義課堂小結(jié)【例題1】(多選)關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A.黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無(wú)關(guān)D.如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個(gè)帶小孔的空腔就近似為一個(gè)黑體CD典例分析解析：黑體自身輻射電磁波，看起來(lái)還會(huì)很明亮（如太陽(yáng)），所以黑體不一定是黑的，A項(xiàng)錯(cuò)誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤，C正確；電磁波最終不能從空腔射出，因此這個(gè)帶小孔的空腔就近似為一個(gè)黑體（嚴(yán)格意義上應(yīng)該是小孔），D正確?！纠}2】下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是（）A隨著溫度的升高，黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系：一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。由此規(guī)律可知選項(xiàng)A正確。解析：【例題3】(多選)1900年德國(guó)物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時(shí)提出了一個(gè)大膽的假說(shuō)，即能量子假說(shuō)，下列說(shuō)法屬于能量子假說(shuō)內(nèi)容的是（）A.物質(zhì)發(fā)射(或吸收)能量時(shí)，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的B.能量子假說(shuō)中將每一份能量單位，稱為“能量子”C.能量子假說(shuō)中的能量子的能量ε＝hν，ν為帶電微粒的振動(dòng)頻率，h為普朗克常量D.能量子假說(shuō)認(rèn)為能量是連續(xù)的，是不可分割的ABC解析：

能量子假說(shuō)認(rèn)為，物質(zhì)發(fā)射(或吸收)能量時(shí)，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的，每一份能量單位，稱為“能量子”，能量子的能量ε＝hν，ν為帶電微粒的振動(dòng)頻率，h為普朗克常量，A、B、C正確。學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1.下列說(shuō)法正確的是(

)A．能量子與電磁波的頻率成反比B．電磁波波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量子越大C．微觀粒子的能量是不連續(xù)(分立)的D．能量子假說(shuō)是由愛因斯坦最早提出來(lái)的答案：C

2．(多選)關(guān)于黑體與黑體輻射，下列說(shuō)法正確的是(

)A．一般材料物體輻射電磁波的情況與溫度無(wú)關(guān)，只與材料的種類及表面情況有關(guān)B．黑體能完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射C．帶電微粒輻射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍D．黑體輻射隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)答案：BCD解析：一般材料物體輻射電磁波的情況不僅與溫度有關(guān)，還與材料的種類及表面情況有關(guān)，但黑體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)，故A說(shuō)法錯(cuò)誤．黑體能完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，故B說(shuō)法正確．根據(jù)量子化的理論，帶電微粒輻射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，故C說(shuō)法正確．根據(jù)量子化的理論，黑體輻射隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，故D說(shuō)法正確．3．關(guān)于黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，圖中正確的是(

)答案：B解析：根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，故黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系圖線不會(huì)有交點(diǎn)，故C、D錯(cuò)誤；隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，故A錯(cuò)誤，B正確．4．我國(guó)高鐵技術(shù)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、5G通信技術(shù)，目前處于世界領(lǐng)先水平．與4G相比，5G具有“更高網(wǎng)速、低延時(shí)、低功率海量連接、通信使用的電磁波頻率更高”等特點(diǎn)．與4G相比，5G使用的電磁波(

)A．波長(zhǎng)更長(zhǎng)

B．能量子的能量更小C．能量子的能量更大

D．傳播速度更快答案：C

5．2017年，我國(guó)研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100nm(1nm＝10－9

m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外自由電子激光脈沖．“大連光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用．一個(gè)處于極